2020高考化学一轮复习5.4化学能与电能（2）新型化学电源（过题型）学案（含解析）

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1、第4课时　化学能与电能(2)——新型化学电源(过题型)题型一　燃料电池燃料电池是利用氢气、甲烷、甲醇、硼氢化物等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化为电能的一类原电池。其特点一是有两个相同的多孔电极，同时两个电极不参与电极反应；二是不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内；三是能量的转化率高，燃料电池具有高能环保、电压稳定、经久耐用等优点。因此，这类电池正成为科学研究、高考命题的重点。其主要命题角度有燃料电池正负极的判断，电池反应式的书写，电子、离子的移动及电解质溶液的组成变化情况分析等。[重难点拨]燃料电池电极反应式的书写第一步：写出燃料电池反应的总

2、反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料电池总反应式为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；(2)碱性电解质溶液环境下电极反应

3、式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－；(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。[典例]　十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的

4、是(　　)A．该电池放电时质子从电极b移向电极aB．电极a附近发生的电极反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋C．电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1[解析]　A项，放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，错误；B项，电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，错误；C项，酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋4

5、H＋===2H2O，错误；D项，由总反应式2SO2＋O2＋2H2O===2SO＋4H＋可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，正确。[答案]　D[备考方略]　新型燃料电池的分析模板[综合训练]1.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量监测与控制的功能，下列有关说法正确的是(　　)A．电流由呼气所在的铂电极流出B．H＋通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极C．电路中流过2mol电子时，消耗11.2LO2D．该电池的负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋解析：选B　呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸的反应，故为负

6、极，而电流由正极流出，A项错误；H＋通过质子交换膜流向正极(氧气所在的铂电极)，B项正确；正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，电路中流过2mol电子时，消耗0.5molO2，在标准状况下体积为11.2L，但题中未指明是否为标准状况，C项错误；该电池的负极反应为CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋，D项错误。2.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)A．b极发生氧化反应B．a

7、极的反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2OC．放电时，电流从a极经过负载流向b极D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜解析：选B　燃料电池燃料(N2H4)在负极(a极)发生氧化反应：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，O2在正极(b极)发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH－在正极生成，移向负极消耗，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。3．为体现节能减排的理念，中国研制出了新型固态氧化物

8、燃料电池(SOFC)，该电池的工作原理如图所示。下列